By hoppt
Quando la batteria agli ioni di litio si scarica, la sua tensione di funzionamento cambia sempre costantemente con il passare del tempo. La tensione di lavoro della batteria viene utilizzata come ordinata, il tempo di scarica, o capacità, o stato di carica (SOC) o profondità di scarica (DOD) come ascissa e la curva tracciata è chiamata curva di scarica. Per comprendere la curva caratteristica di scarica di una batteria, dobbiamo prima comprendere in linea di principio la tensione della batteria.
Affinché la reazione dell'elettrodo formi la batteria deve soddisfare le seguenti condizioni: il processo di perdita dell'elettrone nella reazione chimica (cioè il processo di ossidazione) e il processo di ottenimento dell'elettrone (cioè il processo di reazione di riduzione) devono essere separati in due aree diverse, che è diverso dalla reazione redox generale; la reazione redox della sostanza attiva di due elettrodi deve essere trasmessa dal circuito esterno, cosa diversa dalla reazione della microbatteria nel processo di corrosione dei metalli. La tensione della batteria è la differenza di potenziale tra l'elettrodo positivo e l'elettrodo negativo. I parametri chiave specifici includono la tensione a circuito aperto, la tensione di lavoro, la tensione di interruzione di carica e scarica, ecc.
Il potenziale dell'elettrodo si riferisce all'immersione di un materiale solido nella soluzione elettrolitica, mostrando l'effetto elettrico, cioè la differenza di potenziale tra la superficie del metallo e la soluzione. Questa differenza di potenziale è chiamata potenziale del metallo nella soluzione o potenziale dell'elettrodo. In breve, il potenziale dell'elettrodo è la tendenza di uno ione o di un atomo ad acquisire un elettrone.
Pertanto, per un determinato materiale dell'elettrodo positivo o dell'elettrodo negativo, quando inserito in un elettrolita con un sale di litio, il suo potenziale di elettrodo è espresso come:
Dove φ c è il potenziale dell'elettrodo di questa sostanza. Il potenziale standard dell'elettrodo a idrogeno è stato impostato su 0.0 V.
La forza elettromotrice della batteria è il valore teorico calcolato in base alla reazione della batteria utilizzando il metodo termodinamico, ovvero la differenza tra il potenziale dell'elettrodo di equilibrio della batteria e gli elettrodi positivo e negativo quando il circuito si rompe è il valore massimo che la batteria può fornire la tensione. Infatti, gli elettrodi positivo e negativo non sono necessariamente nello stato di equilibrio termodinamico nell'elettrolita, cioè il potenziale dell'elettrodo stabilito dagli elettrodi positivo e negativo della batteria nella soluzione elettrolitica solitamente non è il potenziale dell'elettrodo di equilibrio, quindi la tensione a circuito aperto della batteria è generalmente inferiore alla sua forza elettromotrice. Per la reazione dell'elettrodo:
Considerando lo stato non standard del componente reagente e l'attività (o concentrazione) del componente attivo nel tempo, l'effettiva tensione a circuito aperto della cella viene modificata dall'equazione dell'energia:
Dove R è la costante del gas, T è la temperatura di reazione e a è l'attività o concentrazione del componente. La tensione a circuito aperto della batteria dipende dalle proprietà del materiale degli elettrodi positivi e negativi, dell'elettrolita e dalle condizioni di temperatura ed è indipendente dalla geometria e dalle dimensioni della batteria. La preparazione del materiale dell'elettrodo agli ioni di litio nel polo e la lamiera di litio assemblata nella metà della batteria a bottone, possono misurare il materiale dell'elettrodo in diversi stati SOC di tensione aperta, la curva di tensione aperta è la reazione dello stato di carica del materiale dell'elettrodo, la caduta di tensione aperta di stoccaggio della batteria, ma non molto grande, se la tensione aperta cade troppo velocemente o l'ampiezza è un fenomeno anomalo. Il cambiamento dello stato superficiale delle sostanze attive bipolari e l'autoscarica della batteria sono le ragioni principali della diminuzione della tensione a circuito aperto durante lo stoccaggio, inclusa la modifica dello strato maschera della tavola dei materiali degli elettrodi positivi e negativi; il potenziale cambiamento causato dall'instabilità termodinamica dell'elettrodo, la dissoluzione e la precipitazione di impurità metalliche estranee e il micro cortocircuito causato dal diaframma tra gli elettrodi positivo e negativo. Quando la batteria agli ioni di litio invecchia, la variazione del valore K (caduta di tensione) è il processo di formazione e stabilità della pellicola SEI sulla superficie del materiale dell'elettrodo. Se la caduta di tensione è eccessiva, si verifica un micro-cortocircuito all'interno e la batteria viene giudicata non qualificata.
Quando la corrente passa attraverso l'elettrodo, il fenomeno per cui l'elettrodo devia dal potenziale dell'elettrodo di equilibrio è chiamato polarizzazione e la polarizzazione genera il sovrapotenziale. Secondo le cause della polarizzazione, la polarizzazione può essere suddivisa in polarizzazione ohmica, polarizzazione di concentrazione e polarizzazione elettrochimica. FICO. 2 è la tipica curva di scarica della batteria e l'influenza delle varie polarizzazioni sulla tensione.
Figura 1. Curva di scarica tipica e polarizzazione
(1) Polarizzazione ohmica: causata dalla resistenza di ciascuna parte della batteria, il valore della caduta di pressione segue la legge di Ohm, la corrente diminuisce, la polarizzazione diminuisce immediatamente e la corrente scompare immediatamente dopo l'arresto.
(2) Polarizzazione elettrochimica: la polarizzazione è causata dalla lenta reazione elettrochimica sulla superficie dell'elettrodo. È diminuito in modo significativo nell'ordine dei microsecondi man mano che la corrente diminuisce.
(3) Polarizzazione della concentrazione: a causa del ritardo del processo di diffusione degli ioni nella soluzione, la differenza di concentrazione tra la superficie dell'elettrodo e il corpo della soluzione viene polarizzata sotto una certa corrente. Questa polarizzazione diminuisce o scompare man mano che la corrente elettrica diminuisce ai secondi macroscopici (da pochi secondi a decine di secondi).
La resistenza interna della batteria aumenta con l'aumento della corrente di scarica della batteria, principalmente perché la grande corrente di scarica aumenta la tendenza alla polarizzazione della batteria, e maggiore è la corrente di scarica, più evidente la tendenza alla polarizzazione, come mostrato in Figura 2. Secondo la legge di Ohm: V=E0-IRT, all'aumentare della resistenza complessiva interna RT, il tempo necessario affinché la tensione della batteria raggiunga la tensione di interruzione della scarica si riduce corrispondentemente, quindi anche la capacità di sgancio ridotto.
Figura 2. Effetto della densità di corrente sulla polarizzazione
La batteria agli ioni di litio è essenzialmente una sorta di batteria a concentrazione di ioni di litio. Il processo di carica e scarica della batteria agli ioni di litio è il processo di incorporamento e rimozione degli ioni di litio negli elettrodi positivi e negativi. I fattori che influenzano la polarizzazione delle batterie agli ioni di litio includono:
(1) Influenza dell'elettrolita: la bassa conduttività dell'elettrolita è la ragione principale della polarizzazione delle batterie agli ioni di litio. Nell'intervallo di temperatura generale, la conduttività dell'elettrolito utilizzato per le batterie agli ioni di litio è generalmente solo di 0.01~0.1 S/cm, ovvero l'XNUMX% della soluzione acquosa. Pertanto, quando le batterie agli ioni di litio si scaricano ad alta corrente, è troppo tardi per integrare il Li+ dall'elettrolita e si verificherà il fenomeno della polarizzazione. Migliorare la conduttività dell'elettrolita è il fattore chiave per migliorare la capacità di scarica ad alta corrente delle batterie agli ioni di litio.
(2) L'influenza dei materiali positivi e negativi: il canale più lungo di materiale positivo e negativo diffonde grandi particelle di ioni di litio sulla superficie, il che non favorisce una scarica ad alta velocità.
(3) Agente conduttore: il contenuto di agente conduttivo è un fattore importante che influenza le prestazioni di scarica ad alto rapporto. Se il contenuto di agente conduttivo nella formula del catodo è insufficiente, gli elettroni non possono essere trasferiti in tempo quando la grande corrente viene scaricata e la resistenza interna di polarizzazione aumenta rapidamente, in modo che la tensione della batteria venga rapidamente ridotta alla tensione di interruzione della scarica .
(4) L'influenza della progettazione del polo: spessore del polo: in caso di grande scarica di corrente, la velocità di reazione delle sostanze attive è molto elevata, il che richiede che gli ioni di litio vengano rapidamente incorporati e staccati nel materiale. Se la piastra polare è spessa e il percorso di diffusione degli ioni di litio aumenta, la direzione dello spessore dei poli produrrà un ampio gradiente di concentrazione degli ioni di litio.
Densità di compattazione: la densità di compattazione della lamiera polare è maggiore, i pori diventano più piccoli e il percorso del movimento degli ioni di litio nella direzione dello spessore della lamiera polare è più lungo. Inoltre, se la densità di compattazione è troppo grande, l'area di contatto tra il materiale e l'elettrolita diminuisce, il sito di reazione dell'elettrodo si riduce e aumenterà anche la resistenza interna della batteria.
(5) L'influenza della membrana SEI: la formazione della membrana SEI aumenta la resistenza dell'interfaccia elettrodo/elettrolita, con conseguente isteresi o polarizzazione della tensione.
La tensione operativa, nota anche come tensione finale, si riferisce alla differenza di potenziale tra gli elettrodi positivo e negativo della batteria quando la corrente scorre nel circuito nello stato di funzionamento. Nello stato di funzionamento della batteria scarica, quando la corrente scorre attraverso la batteria, la resistenza causata dalla resistenza interna dovrebbe essere superata, il che causerà una caduta di pressione ohmica e la polarizzazione dell'elettrodo, quindi la tensione di lavoro è sempre inferiore alla tensione a circuito aperto, e durante la ricarica, la tensione finale è sempre superiore alla tensione a circuito aperto. Cioè, il risultato della polarizzazione rende la tensione finale della batteria scarica inferiore al potenziale elettromotore della batteria, che è superiore al potenziale elettromotore della batteria in carica.
A causa dell'esistenza del fenomeno di polarizzazione, la tensione istantanea e la tensione effettiva nel processo di carica e scarica. Durante la ricarica, la tensione istantanea è leggermente superiore alla tensione effettiva, la polarizzazione scompare e la tensione diminuisce quando la tensione istantanea e la tensione effettiva diminuiscono dopo la scarica.
Per riassumere la descrizione di cui sopra, l'espressione è:
E +, E- -rappresentano rispettivamente i potenziali degli elettrodi positivo e negativo, E + 0 ed E- -0 rappresentano il potenziale dell'elettrodo di equilibrio rispettivamente degli elettrodi positivo e negativo, VR rappresenta la tensione di polarizzazione ohmica e η + , η - -rappresentano rispettivamente la sovratensione degli elettrodi positivo e negativo.
Dopo una conoscenza di base della tensione della batteria, abbiamo iniziato ad analizzare la curva di scarica delle batterie agli ioni di litio. La curva di scarica riflette fondamentalmente lo stato dell'elettrodo, che è la sovrapposizione dei cambiamenti di stato degli elettrodi positivi e negativi.
La curva di tensione delle batterie agli ioni di litio durante il processo di scarica può essere suddivisa in tre fasi
1) Nella fase iniziale della batteria, la tensione diminuisce rapidamente e maggiore è la velocità di scarica, più velocemente diminuisce la tensione;
2) La tensione della batteria entra in una fase di cambiamento lento, chiamata area della piattaforma della batteria. Minore è la velocità di scarico,
Maggiore è la durata dell'area della piattaforma, maggiore è la tensione della piattaforma, più lenta è la caduta di tensione.
3) Quando la carica della batteria è quasi esaurita, la tensione di carico della batteria inizia a diminuire bruscamente fino al raggiungimento della tensione di arresto della scarica.
Durante i test, esistono due modi per raccogliere dati
(1) Raccogliere i dati di corrente, tensione e tempo in base all'intervallo di tempo impostato Δ t;
(2) Raccogliere i dati di corrente, tensione e tempo in base alla differenza di variazione di tensione impostata Δ V. L'accuratezza delle apparecchiature di carica e scarica comprende principalmente l'accuratezza della corrente, l'accuratezza della tensione e la precisione del tempo. La tabella 2 mostra i parametri dell'apparecchiatura di una determinata macchina di carica e scarica, dove% FS rappresenta la percentuale dell'intero intervallo e 0.05%RD si riferisce all'errore misurato entro l'intervallo dello 0.05% della lettura. Le apparecchiature di carica e scarica generalmente utilizzano una sorgente di corrente costante CNC invece della resistenza di carico per carico, in modo che la tensione di uscita della batteria non abbia nulla a che fare con la resistenza in serie o la resistenza parassita nel circuito, ma solo correlata alla tensione E e alla resistenza interna r e la corrente del circuito I della sorgente di tensione ideale equivalente alla batteria. Se la resistenza viene utilizzata per il carico, impostare la tensione della sorgente di tensione ideale dell'equivalente della batteria su E, la resistenza interna è r e la resistenza di carico è R. Misurare la tensione su entrambe le estremità della resistenza di carico con la tensione misuratore, come mostrato nella figura sopra nella Figura 6. Tuttavia, in pratica, nel circuito sono presenti resistenza del cavo e resistenza di contatto dell'apparecchio (resistenza parassita uniforme). Lo schema circuitale equivalente mostrato in FIG. 3 è mostrato nella seguente figura di FIG. 3. In pratica, la resistenza parassita viene inevitabilmente introdotta, in modo che la resistenza di carico totale diventi grande, ma la tensione misurata è la tensione su entrambe le estremità della resistenza di carico R, quindi viene introdotto l'errore.
Fig. 3 Lo schema a blocchi di principio e lo schema circuitale equivalente effettivo del metodo di scarica resistiva
Quando come carico viene utilizzata la sorgente di corrente costante con la corrente I1, il diagramma schematico e lo schema del circuito equivalente effettivo sono mostrati nella Figura 7. E, I1 sono valori costanti e r è costante per un certo tempo.
Dalla formula sopra, possiamo vedere che le due tensioni di A e B sono costanti, cioè la tensione di uscita della batteria non è correlata alla dimensione della resistenza in serie nel circuito e, ovviamente, non ha nulla a che fare con la resistenza parassitaria. Inoltre, la modalità di misurazione a quattro terminali può ottenere una misurazione più accurata della tensione di uscita della batteria.
Figura 4 Schema a blocchi Equiple e schema del circuito equivalente effettivo del carico della sorgente di corrente costante
La sorgente simultanea è un dispositivo di alimentazione in grado di fornire corrente costante al carico. Può comunque mantenere costante la corrente di uscita quando l'alimentazione esterna fluttua e le caratteristiche di impedenza cambiano.
Le apparecchiature per test di carica e scarica utilizzano generalmente il dispositivo a semiconduttore come elemento di flusso. Regolando il segnale di controllo del dispositivo a semiconduttore, è possibile simulare un carico con caratteristiche diverse come corrente costante, pressione costante e resistenza costante e così via. La modalità di test di scarica della batteria agli ioni di litio comprende principalmente scarica a corrente costante, scarica a resistenza costante, scarica a potenza costante, ecc. In ciascuna modalità di scarica, è anche possibile dividere la scarica continua e la scarica a intervalli, in cui, in base al periodo di tempo, la scarica a intervalli può essere divisa in scarica intermittente e scarica a impulsi. Durante il test di scarica, la batteria si scarica secondo la modalità impostata e smette di scaricarsi una volta raggiunte le condizioni impostate. Le condizioni di interruzione della scarica includono l'impostazione dell'interruzione della tensione, l'impostazione dell'interruzione del tempo, l'impostazione dell'interruzione della capacità, l'impostazione dell'interruzione del gradiente di tensione negativo, ecc. La modifica della tensione di scarica della batteria è correlata al sistema di scarica, che cioè, il cambiamento della curva di scarica è influenzato anche dal sistema di scarica, tra cui: corrente di scarica, temperatura di scarica, tensione di terminazione di scarica; scarico intermittente o continuo. Maggiore è la corrente di scarica, più velocemente diminuisce la tensione operativa; con la temperatura di scarico, la curva di scarico cambia dolcemente.
(1) Scarica a corrente costante
Quando si scarica a corrente costante, viene impostato il valore corrente, quindi il valore corrente viene raggiunto regolando la sorgente di corrente costante CNC, in modo da realizzare la scarica a corrente costante della batteria. Allo stesso tempo, viene raccolta la variazione della tensione finale della batteria per rilevare le caratteristiche di scarica della batteria. La scarica a corrente costante è la scarica della stessa corrente di scarica, ma la tensione della batteria continua a diminuire, quindi la potenza continua a diminuire. La Figura 5 è la curva di tensione e corrente della scarica a corrente costante delle batterie agli ioni di litio. A causa della scarica di corrente costante, l'asse del tempo viene facilmente convertito nell'asse della capacità (il prodotto di corrente e tempo). La Figura 5 mostra la curva tensione-capacità con scarica a corrente costante. La scarica a corrente costante è il metodo di scarica più comunemente utilizzato nei test delle batterie agli ioni di litio.
Figura 5 Curve di carica a tensione costante e di scarica a corrente costante a diversi tassi di moltiplicazione
(2) Scarica a potenza costante
Quando la potenza costante si scarica, viene impostato prima il valore di potenza costante P e viene raccolta la tensione di uscita U della batteria. Nel processo di scarica, P deve essere costante, ma U cambia costantemente, quindi è necessario regolare continuamente la corrente I della sorgente di corrente costante CNC secondo la formula I = P / U per raggiungere lo scopo di scarica di potenza costante . Mantenere invariata la potenza di scarica, poiché la tensione della batteria continua a diminuire durante il processo di scarica, quindi la corrente nella scarica a potenza costante continua ad aumentare. A causa della scarica di potenza costante, l'asse delle coordinate del tempo viene facilmente convertito nell'asse delle coordinate dell'energia (il prodotto di potenza e tempo).
Figura 6 Curve di carica e scarica a potenza costante a diverse velocità di raddoppio
Confronto tra scarica a corrente costante e scarica a potenza costante
Figura 7: (a) diagramma della capacità di carica e scarica a diversi rapporti; (b) curva di carica e scarica
La Figura 7 mostra i risultati dei test di carica e scarica con rapporti diversi nelle due modalità di batteria al litio ferro fosfato. Secondo la curva di capacità in FIG. 7 (a), con l'aumento della corrente di carica e scarica nella modalità a corrente costante, la capacità effettiva di carica e scarica della batteria diminuisce gradualmente, ma l'intervallo di variazione è relativamente piccolo. La capacità effettiva di carica e scarica della batteria diminuisce gradualmente con l'aumento della potenza e maggiore è il moltiplicatore, più veloce sarà il decadimento della capacità. La capacità di scarico con velocità di 1 ora è inferiore rispetto alla modalità a flusso costante. Allo stesso tempo, quando la velocità di carica-scarica è inferiore alla velocità di 5 ore, la capacità della batteria è maggiore in condizioni di alimentazione costante, mentre la capacità della batteria è superiore alla velocità di 5 ore è maggiore in condizioni di corrente costante.
Dalla figura 7 (b) è mostrata la curva capacità-tensione, in condizioni di rapporto basso, la curva capacità-tensione a due modalità della batteria al litio ferro fosfato e il cambiamento della piattaforma di tensione di carica e scarica non è grande, ma in condizioni di rapporto elevato, la modalità di tensione costante a corrente costante di tempo di tensione costante significativamente più lunga e la piattaforma di tensione di carica è aumentata in modo significativo, la piattaforma di tensione di scarica è significativamente ridotta.
(3) Scarica a resistenza costante
Quando si scarica a resistenza costante, viene impostato prima un valore di resistenza costante R per raccogliere la tensione di uscita della batteria U. Durante il processo di scarica, R deve essere costante, ma U cambia costantemente, quindi il valore I della corrente costante CNC la sorgente deve essere costantemente regolata secondo la formula I=U/R per raggiungere lo scopo di scarica a resistenza costante. La tensione della batteria diminuisce sempre durante il processo di scarica e la resistenza è la stessa, quindi anche la corrente di scarica I è un processo decrescente.
(4) Scarica continua, scarica intermittente e scarica a impulsi
La batteria viene scaricata con corrente costante, potenza costante e resistenza costante, mentre si utilizza la funzione di temporizzazione per realizzare il controllo della scarica continua, della scarica intermittente e della scarica a impulsi. La Figura 11 mostra le curve di corrente e di tensione di un tipico test di carica/scarica a impulsi.
Figura 8 Curve di corrente e curve di tensione per tipici test carica-scarica a impulsi
La curva di scarica si riferisce alla curva di tensione, corrente, capacità e altri cambiamenti della batteria nel tempo durante il processo di scarica. Le informazioni contenute nella curva di carica e scarica sono molto ricche, inclusa la capacità, l'energia, la tensione di lavoro e la piattaforma di tensione, la relazione tra il potenziale dell'elettrodo e lo stato di carica, ecc. Il dato principale registrato durante il test di scarica è il tempo evoluzione della corrente e della tensione. Molti parametri possono essere ottenuti da questi dati di base. Di seguito vengono dettagliati i parametri che possono essere ottenuti dalla curva di scarica.
(1) Tensione
Nel test di scarica della batteria agli ioni di litio, i parametri di tensione includono principalmente piattaforma di tensione, tensione media, tensione media, tensione di interruzione, ecc. La tensione di piattaforma è il valore di tensione corrispondente quando la variazione di tensione è minima e la variazione di capacità è ampia , che può essere ottenuto dal valore di picco di dQ / dV. La tensione media è il valore di tensione corrispondente alla metà della capacità della batteria. Per i materiali più evidenti sulla piattaforma, come il fosfato di litio e ferro e il titanato di litio, la tensione mediana è la tensione della piattaforma. La tensione media è l'area effettiva della curva tensione-capacità (ovvero, energia di scarica della batteria) divisa per la formula di calcolo della capacità: u = U (t) * I (t) dt / I (t) dt. La tensione di interruzione si riferisce alla tensione minima consentita quando la batteria si scarica. Se la tensione è inferiore alla tensione di interruzione della scarica, la tensione su entrambe le estremità della batteria diminuirà rapidamente, formando una scarica eccessiva. Una scarica eccessiva può causare danni alla sostanza attiva dell'elettrodo, perdere la capacità di reazione e ridurre la durata della batteria. Come descritto nella prima parte, la tensione della batteria è correlata allo stato di carica del materiale del catodo e al potenziale dell'elettrodo.
(2) Capacità e capacità specifica
La capacità della batteria si riferisce alla quantità di elettricità rilasciata dalla batteria con un determinato sistema di scarica (sotto una determinata corrente di scarica I, temperatura di scarica T, tensione di interruzione della scarica V), indicando la capacità della batteria di immagazzinare energia in Ah o C La capacità è influenzata da molti elementi, come la corrente di scarica, la temperatura di scarica, ecc. La dimensione della capacità è determinata dalla quantità di sostanze attive negli elettrodi positivi e negativi.
Capacità teorica: la capacità data dal principio attivo nella reazione.
Capacità effettiva: la capacità effettiva rilasciata nell'ambito di un determinato sistema di scarico.
Capacità nominale: si riferisce alla quantità minima di potenza garantita dalla batteria nelle condizioni di scarica previste.
Nella prova di scarica, la capacità viene calcolata integrando la corrente nel tempo, ovvero C = I (t) dt, corrente costante in t scarica costante, C = I (t) dt = I t; resistenza costante R scarica, C = I (t) dt = (1 / R) * U (t) dt (1 / R) * out (u è la tensione di scarica media, t è il tempo di scarica).
Capacità specifica: per confrontare le diverse batterie viene introdotto il concetto di capacità specifica. La capacità specifica si riferisce alla capacità data dalla sostanza attiva dell'elettrodo di massa unitaria o dell'elettrodo di volume unitario, che è chiamata capacità specifica di massa o capacità specifica di volume. Il metodo di calcolo usuale è: capacità specifica = capacità di prima scarica della batteria / (massa di sostanza attiva * tasso di utilizzo della sostanza attiva)
Fattori che influenzano la capacità della batteria:
UN. La corrente di scarica della batteria: maggiore è la corrente, diminuisce la capacità di uscita;
B. Temperatura di scarica della batteria: quando la temperatura diminuisce, la capacità di uscita diminuisce;
C. La tensione di interruzione della scarica della batteria: il tempo di scarica impostato dal materiale dell'elettrodo e il limite della reazione dell'elettrodo stesso è generalmente 3.0 V o 2.75 V.
D. Tempi di carica e scarica della batteria: dopo molteplici cariche e scariche della batteria, a causa del guasto del materiale dell'elettrodo, la batteria sarà in grado di ridurre la capacità di scarica della batteria.
e. Le condizioni di carica della batteria: velocità di carica, temperatura, tensione di interruzione influiscono sulla capacità della batteria, determinando così la capacità di scarica.
Metodo di determinazione della capacità della batteria:
Diversi settori hanno standard di prova diversi a seconda delle condizioni di lavoro. Per le batterie agli ioni di litio per prodotti 3C, secondo lo standard nazionale GB/T18287-2000 Specifiche generali per batterie agli ioni di litio per telefoni cellulari, il metodo di test della capacità nominale della batteria è il seguente: a) ricarica: ricarica 0.2C5A; b) scarica: scarica 0.2C5A; c) cinque cicli, di cui uno abilitato.
Per l'industria dei veicoli elettrici, secondo lo standard nazionale GB/T 31486-2015 Electrical Performance Recommendations and Test Methods for Power Battery for Electric Vehicles, la capacità nominale della batteria si riferisce alla capacità (Ah) rilasciata dalla batteria a temperatura ambiente con 1I1 (A) corrente di scarica per raggiungere la tensione di terminazione, in cui I1 è la corrente di scarica a tariffa di 1 ora, il cui valore è pari a C1 (A). Il metodo di prova è:
A) A temperatura ambiente, interrompere la tensione costante durante la ricarica con corrente costante alla tensione di terminazione di carica specificata dall'azienda e interrompere la carica quando la corrente di terminazione di carica scende a 0.05I1 (A) e mantenere la carica per 1 ora dopo ricarica.
Bb) A temperatura ambiente, la batteria viene scaricata con corrente 1I1 (A) finché la scarica non raggiunge la tensione di terminazione di scarica specificata nelle condizioni tecniche aziendali;
C) capacità di scarica misurata (misurata in Ah), calcolare l'energia specifica di scarica (misurata in Wh/kg);
3 d) Ripetere i passaggi a) -) c) 5 volte. Quando la differenza estrema di 3 test consecutivi è inferiore al 3% della capacità nominale, il test può essere terminato in anticipo ed è possibile calcolare la media dei risultati degli ultimi 3 test.
(3) Stato di carica, SOC
SOC (stato di carica) è uno stato di carica, che rappresenta il rapporto tra la capacità rimanente della batteria e il suo stato di carica completa dopo un periodo di tempo o molto tempo con una determinata velocità di scarica. Il metodo della "tensione a circuito aperto + integrazione oraria" utilizza il metodo della tensione a circuito aperto per stimare la capacità di carica dello stato iniziale della batteria, quindi utilizza il metodo di integrazione oraria per ottenere la potenza consumata dalla batteria. metodo di integrazione temporale. La potenza consumata è il prodotto della corrente di scarica e del tempo di scarica e la potenza rimanente è pari alla differenza tra la potenza iniziale e la potenza consumata. La stima matematica del SOC tra la tensione a circuito aperto e l'integrale su un'ora è:
Dove CN è la capacità nominale; η è l'efficienza di carica-scarica; T è la temperatura di utilizzo della batteria; I è la corrente della batteria; t è il tempo di scarica della batteria.
DOD (Depth of Discharge) è la profondità di scarico, una misura del grado di scarica, ovvero la percentuale della capacità di scarico rispetto alla capacità di scarico totale. La profondità di scarica ha un ottimo rapporto con la durata della batteria: maggiore è la profondità di scarica, minore è la durata. La relazione è calcolata per SOC = 100% -DOD
4) Energia ed energia specifica
L'energia elettrica che la batteria può produrre svolgendo lavoro esterno in determinate condizioni è chiamata energia della batteria e l'unità è generalmente espressa in wh. Nella curva di scarica l'energia si calcola come segue: W = U (t) * I (t) dt. A corrente di scarica costante, W = I * U (t) dt = It * u (u è la tensione di scarica media, t è il tempo di scarica)
UN. Energia teorica
Il processo di scarica della batteria è in uno stato di equilibrio e la tensione di scarica mantiene il valore della forza elettromotrice (E) e il tasso di utilizzo della sostanza attiva è del 100%. In queste condizioni, l'energia in uscita dalla batteria è l'energia teorica, ovvero il lavoro massimo svolto dalla batteria reversibile a temperatura e pressione costanti.
B. L'energia reale
L'energia di uscita effettiva della scarica della batteria è chiamata energia effettiva, secondo le normative del settore dei veicoli elettrici ("GB / T 31486-2015 Requisiti di prestazione elettrica della batteria di potenza e metodi di prova per veicoli elettrici"), la batteria a temperatura ambiente con 1I1 (A ) corrente di scarica, per raggiungere l'energia (Wh) rilasciata dalla tensione di terminazione, detta energia nominale.
C. energia specifica
L'energia fornita da una batteria per unità di massa e per unità di volume è detta energia specifica della massa o energia specifica del volume, detta anche densità di energia. In unità di wh/kg o wh/L.
La forma più elementare della curva di scarica è la curva tensione-tempo e corrente-tempo. Attraverso la trasformazione del calcolo dell'asse temporale, la curva di scarica comune ha anche la curva tensione-capacità (capacità specifica), curva tensione-energia (energia specifica), curva tensione-SOC e così via.
(1) Curva tensione-tempo e corrente-tempo
Figura 9 Curve tensione-tempo e corrente-tempo
(2) Curva tensione-capacità
Figura 10 Curva tensione-capacità
(3) Curva tensione-energia
Figura Figura 11. Curva tensione-energia
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